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风机一体化健康监测系统填补我国深海漂浮式风电领域数据空白

  相比不可再生资源而言,无污染、可再生的风电能源优势明显。风电能源主要分为陆上风电能源和海上风电能源两类。与陆上风电能源相比,海上风电能源具有不占用土地资源、风速高、运行稳定等优势。

  近日,由我国自主研发的首台深远海漂浮式风电平台“扶摇号”正式起航,成为我国进军深远海能源开发领域的一大“利器”。

  我国沿海某些海域由于地质不适宜打桩施工,受适用条件的限制,研究人员开始研制漂浮式风机,并对适用于更深海域的漂浮式海上风电技术进行了探索。

  漂浮式风电平台是漂浮在海面上的平台,利用系泊或锚固系统在海底进行位置的固定,通过自身重力、系缆回复力、结构浮力的平衡来维持海上风电机组基础结构的稳定性。

  哈尔滨工程大学深海工程技术团队教授曲先强在接受新京报记者采访时表示,与固定式风机相比,漂浮式风机会随海浪运动,风机最主要的功能是发电。深海环境恶劣,对风机基础、海底电缆、海上平台集成等技术也提出了更严苛的要求。

  此次助力“扶摇号”起航,哈尔滨工程大学深海工程技术团队承担了风机一体化结构健康监测系统的研制,曲先强是该项目的负责人。

  据介绍,哈尔滨工程大学2019年承接国内首套深远海漂浮式风电平台结构健康动态监测系统研制任务,经过3年努力,完成了“扶摇号”首次全过程动态响应的数据采集任务。

  什么是风机一体化结构健康监测系统?曲先强称,一体化结构监测,包含了漂浮式风机平台的运动、风机塔架的加速度、塔筒底部的风机载荷、平台波浪的水位、风机腐蚀等。“这一套系统,可以把这些内容都监测到,同时在数据传输方面,不同系统间的数据都能同时传递,不存在时间差,实现了动态信号与机组主控系统和岸基设备的实时通讯。”曲先强表示。

  风电平台的运动和系泊力会影响风机受风的角度,受风角度的变化会直接影响发电量。风机一体化结构健康监测系统的首要任务就是把风电平台运动的倾角和系泊缆的受力数值反馈给风机的主控,风机主控再结合风机的实时状态,进行风机控制,最后让风机达到最大的发电效率。

  漂浮式风电机组开发成本昂贵,若倾斜角度过大,风机受海水浸灌,会对风机机体造成损坏。曲先强告诉记者,该监测系统除了可以获取平台运动和系泊参数,从而对叶片和发电机组进行调节控制,达到风机的最大发电量外,还可对平台结构进行实时动态监测,保障漂浮式风机在设计寿命期内安全运行。

  “我们不仅仅只是为了把这台风机给研制出来,我们也为了以后给研发其他类型风机积累数据和经验。”曲先强说,为了研制首套深远海漂浮式风机,研发人员做了很多仿真计算和系统研发。

  记者了解到,该监测系统由运动监测系统、气隙监测系统、腐蚀监测系统等10个子系统集成。深海工程技术团队联合水声学院、材料化学学院、信通学院等相关团队共同攻关,使系统国产率达到100%。

  “每一个子系统在国内都有科研人员做过,但合成一个系统并应用到漂浮式风机后就完全不一样了,复杂程度和要求也大不相同。”曲先强解释,风机在正常运行时会提供电力,然而一旦碰上台风,电力将会被切断,此时对于整个漂浮式风电平台的监测就会变得困难,但风机一体化结构健康监测系统,能在这种情况下,进行正常监测记录数据。“越是台风来的时候,我们这套系统发挥的价值也就越大。”

  在全球已建成和正在开发的漂浮式项目中,欧洲占据主导地位。曲先强坦言,我国对于漂浮式风机的研发还处在初步阶段,关键技术的自主研发尤为重要。基于这种情况,为了规避国外关键技术控制,研发团队从项目开始,就决心自主研发。自主研发的监测系统,从通讯协议、数据传输速率等方面,都实现了 100%国产化。

  据曲先强介绍,今年5月系统开始安装调试,团队要在72小时内布置完成所有测点,包括约2000米量级的数据线布置和连接、子系统现场调试、整体系统联调、优化算法、升级软件系统、数据传输对接等一系列工作。

  为了保障系统安装调试顺利进行,团队提前筹备,有实战经验的成员为进入现场的技术团队开展试验仪器远程培训,通过一个月的准备,团队掌握了测试的操作流程和关键节点。

  在“扶摇号”的总装、拖航、海上安装和系统调试过程中,团队成员连续坚守14个日夜,获得了第一手深远海浮式风电装备的实测数据,填补了我国深远海浮式风电领域数据空白,为“扶摇号”顺利运行保驾护航。

  据悉,“扶摇号”漂浮式风电平台是中国海装牵头承担的深远海漂浮式海上风电成套装备示范工程。该项目涉及海上漂浮式风电装备总体设计、系泊系统设计、制造与调试等,能够抵御我国海域五十年一遇的海况。


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